Обыкновенная лампочка накаливания, которая используется практически в каждом доме, часто упоминается как лампочка Эдисона. История ее изобретения оказалась не такой простой. Прежде чем дарить искусственный свет миллиардам людей, она прошла длинный путь развития.

Лампочка Эдисона

Американец Томас Альва Эдисон - один из самых предприимчивых людей этого мира. Ему принадлежит около 4 тысяч патентов на различные изобретения. Этот человек стал автором фонографа, телеграфа, угольного микрофона, кинетоскопа, железо-никелевого аккумулятора и других приборов. Именно с его именем связывают идею создания лампочки накаливания.

Однако лампочка Эдисона с угольной нитью внутри была далеко не первой в мире. Больше десяти изобретателей работали над проблемой создания Появлялись лампы различных форм и размеров, внутри которых располагались бамбуковые, платиновые и угольные нити. Многие из них были официально зарегистрированы.

Почему среди такого количества изобретателей мировая слава досталась только Эдисону? Главная его роль проявилась не в идее создания лампы, а в разработке способа сделать механизм простым в использовании, дешевым и общедоступным.

Первые попытки

Сложно в точности сказать, кому принадлежит авторство идеи создать лампочку. Но, до того как появилась лампочка Эдисона, были проведены сотни опытов и заявлено множество схожих изобретений. Вначале появляются дуговые, а уж потом и лампочки накаливания. В XIX веке открытие явления приводит изобретателей к мысли о создании искусственного света. Для этого требовалось подключить две соединенных проволоки к электричеству, а затем немного отдалить друг от друга. Так между проволоками появлялось свечение.

Существуют сведения о том, что бельгиец Жерар первым создал лампу с угольным стержнем. К прибору подводился ток, и стержень производил свет. Позже стало известно об англичанине Деларю, который заменил уголь платиновой нитью.

Такие лампочки считались ценными открытиями, но их применение сопровождалось большими трудностями. Платиновая нить была дорогостоящим удовольствием, не все могли позволить себе пользоваться такой лампой. Угольный стержень был гораздо дешевле, но надолго его не хватало.

Твердые успехи

В 1854 году немецкий часовщик Генрих Гёбель создает лампу с тонким угольным стержнем, которая светит гораздо дольше предыдущих. Добиться этого изобретателю удалось при помощи создания вакуума. Лампа Гёбеля долгое время была незамеченной, и лишь спустя годы ее объявили первой лампочкой, годной для практического использования (признав патент Эдисона недействительным).

Над усовершенствованием механизма работали Джозеф Суон, Александр Лодыгин. Последний патентует изобретение «нитевой лампы», работающей на угольном стержне в вакууме. В 1875 году заметно отличился придумав «электрические свечи». Русский инженер использовал нить накала из каолина, которая не нуждалась в вакууме. Лампы Яблочкова применялись для уличного освещения и получили широкое распространение в Европе.

Усовершенствование механизма

Основное направление было давно известно. Стержень из определенного материала находится в вакууме и подключается к электрическому току. Оставалось выбрать правильный материал для электрода, для длительного свечения.

В 1878 году Эдисон заинтересовался поиском удачного решения для лампочек. Изобретатель действовал методом практических проб: карбонизируовал массу растений, подставлял различные материалы в качестве нити накала. После 6 тысяч опытов ему удается сделать лампу из углей бамбука, которая работает 40 часов. Лампочка Эдисона начинает производиться массово, вытесняя на рынке остальные лампы. В 1890 году инженер Лодыгин регистрирует использование стержня из вольфрама, а позже продает патент компании General Electric.

Заслуги Эдисона

Занимаясь разработкой лампы, Эдисон понимал, что кроме выбора материалов важно и оформление механизма. Так, он изобретает винтовой цоколь, создает предохранители, счетчики, первые выключатели, электрогенераторы. Многие из компонентов для освещения, которые придумал Эдисон, являются стандартными и до сих пор используются во всем мире.

Изобретатель сделал так, что лампочки стали доступны всем. Для этого он начал продавать их по заниженной цене. Эдисона стоила чуть больше доллара. В планах предприимчивого американца было сделать изобретение настолько доступным, что даже восковые свечи казались бы роскошью по сравнению с ним. Быстрая автоматизация производства позволила снизить затраты и при этом выпускать большое количество товара. Вскоре себестоимость лампы стала около 22 центов. Сбылась мечта изобретателя - лампочки появились в каждом доме.

Лампочки Эдисона в интерьере

В настоящее время лампочки являются обычным делом. Они доступны и весьма удобны в использовании. Более того, появилось множество различных типов и моделей ламп. Их практическое значение отошло на второй план, теперь они стали важным дополнением домашнего интерьера.

«Лампочка Эдисона» (фото смотрите выше) - это название определенного Они оформлены в стиле ретро и схожи с теми, что использовались во времена Томаса Эдисона. Такие лампы излучают мягкий приятный свет, имеют вид стеклянной колбы или шара на прочном шнуре. Лампочки Эдисона часто используют для дизайна общественных помещений - баров, кафе, или для оформления гостиных комнат и спален.

Всем привет, дорогие любители интересных фактов. Я думаю, что никто из нас уже не представляет свою жизнь без света. Поэтому сегодня мы с вами узнаем, кто первым в мире изобрел лампочку, напоминавшую современную, а также что и кто этому способствовали.

Изобретением лампочки накаливания, как и всеми другими, занималось много людей в разных странах. Первым продемонстрировал свое детище англичанин Гемфри Дэви еще в 1806 году. Это было довольно примитивное изобретение. Дэви создал освещение с помощью электрических искорок между парой угольных стержней. Так называемая дуговая свеча была непригодна для практического широкого использования. Устройство само по себе не нашло поддержки, но идея создания, после этой демонстрации, будоражила «светлые» головы многих изобретателей.

Шли годы…

Над рождением лампочки, подхватив идею Дэви, трудились десятки людей:
Год 1840 – англичанин Деларю;
Год 1854 – немец Генрих Гёбель;
Год 1860 год, английский химик и физик Джозеф Уилсон Суон показал свою работу;
Год 1872—1873 – Александр Лодыгин;
Год 1875 – В. Ф. Дидрихсон усовершенствовал работу Лодыгина;
Год 1875-1876 – русский электротехник Павел Николаевич Яблочков, работал над «электрической свечой»;
Томас Эдисон в 1879 году довел до конца то, что не смогли сделать его предшественники.

Русский инженер, и его изобретение

Много людей в разных странах создавали свои творения. Многих преследовала неудача. А вот лампа Александра Лодыгина смогла выдержать все испытания. Она светила целых тридцать минут! Это уже было невиданное достижение. На улицах Петербурга засияли аж две штуки этих «чудо-свечей»! На них специально приезжали посмотреть сотни людей. Это был настоящий фурор, но… Не все было так просто. Широкого распространения своего творения Лодыгин, в силу сложившихся обстоятельств, добиться не смог.

Русскому инженеру не удалось довести до конца свое начатое дело, а вот Томасу Эдисону это удалось. Американский ученый узнал об опытах русского коллеги. Он решил усовершенствовать уже имеющееся изобретение. Его труд заслуживает уважения – ученый провёл 1500 опытов, испытывая различные материалы. Но это еще был не конец — 6000 опытов с угольными нитями – это тот вклад, который вложил изобретатель в историю появления лампочки.

Так ли однозначно ли изобретение?

Без идей всех предшественников и изобретения Александра Николаевича, наверное, у Томаса Эдисона ничего бы не получилось. Этот факт очевиден, но недоказуемый. Кропотливый настойчивый труд американца дал человечеству нить, которая горела сотни часов, не перегорая. А еще он смог организовать выпуск лампочек на первом специализированном заводе, они расходились по всем странам мира, заменяя традиционные свечи. Так возникла компания Edison Electrical Light Company.

Никто не смеет утверждать однозначно, что Томас Эдисон изобрел лампочку, но и опровергнуть это тоже никому пока не удалось. Лампа накаливания была придумана до него. Однако он создал первую практическую модель вместе с электрической системой, что является его неоспоримым достижением. Ну вот теперь и вы знаете, кто первым в мире изобрел лампочку, без которой сегодняшняя жизнь уже просто не представляется.

Сложно встретить человека не знакомого с лампой накаливания – устройства освещают помещения домов и улицы городов на протяжении 100 лет. Развитие технологий постепенно вытесняет «лампочки Ильича», но они еще встречаются в жизни.

Лампочки по назначению бывают:

• Общего применения. Используются для декорирования и освещения.
• Декоративные, колба у которых выполнена в виде фигур.
• Лампы пониженного напряжения питания – от 2,5 до 42 В. Применяются в местах повышенной опасности – на открытых площадках, подвалах.
• Цветные источники света, выпускают в колбах из окрашенного стекла. До изобретения светодиодов использовались в декоративной подсветке сцен и съемочных площадок, организации презентаций.
• Сигнальные. Используются для отображения данных в информационных табло.
• Лампы для транспортных средств. Выделяются прочностью и стойкостью к вибрационным нагрузкам.
• Осветительные прожекторные. Из-за высокой мощности применялись для освещения открытых пространств – на стадионах, железнодорожных станциях, прожекторах, используемых сотрудниками охранных ведомств.
• Специальные лампы для оптики – кинопроекторы, измерительные и медицинские приборы.

Изначально была изобретена осветительная лампа накаливания, кажется, что это простое устройство – на самом деле это не так.

Как шли к открытию?

История лампы накаливания началась в начале XIX века. В школьном курсе физике принято считать изобретателем лампы накаливания Томаса Эдисона (1847–1931), однако, у изделия имелись прародители.

В 1803 году русский изобретатель Василий Владимирович Петров (1761–1834) изучая проводимость материалов, получил электрическую дугу между угольными проводниками. Он предложил пользоваться явлением для освещения пространства. Однако, из-за быстрого сгорания угля, практического применения открытие в те годы не получило.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Задать вопрос эксперту

Подробнее о В.П. Петрове рассказано в видео:

Научно описал в 1809 г. дуговой разряд между угольными стержнями сэр Гемфри Дэви (1778–1829) – создатель английской школы электрохимии. Труды стали основой для последующих открытий. Только в 1838 году бельгийцем Жобаром создан устойчиво работающий прототип лампы с угольным сердечником, горение проходило в воздушной среде, поэтому разрушение электрода завершалось очень быстро.

Вскоре, в 1840 году членкор Петербургской академии наук англичанин по происхождению Уоррен Деларю (1815–1989) в качестве материала нити накаливания использовал платину. Устройство успешно освещало помещение, но из-за дороговизны драгоценного металла и его низких прочностных свойств, до промышленного использования дело не дошло.

Устройства Жобара и Деларю стали прорывом в науке, но запатентованы не были.

Первый патент удалось получить ирландцу Фредерику де Моллейну в 1841 году. Устройство представляло собой спираль из платины, находящуюся в вакууме – это увеличивало срок использования.

Американец Джон У. Старр в 1844 г. получил американский, а в следующем году британский патент на лампочки с углеродной нитью. Работы остановились, серия лампа не пошла в связи со смертью изобретателя.

Не прошел мимо изучения электрической дуги и великий французский ученый Жан Бернар Фуко. Заменив в 1844 древесный уголь на ретортные угольные электроды, он добился увеличения срока использования устройства, придумав попутно «первый диммер» – интенсивность света регулировалась изменением длины электрической дуги.

Следующий шаг был сделан Генрихом Ге белем из Германии. Он вел эксперименты, использовав в качестве электродов обугленные палочки бамбука, находящиеся в вакууме колбы. Прибор Гебеля считается прототипом первой лампочки.

С 1860 по 1878 год англичанин Джозеф Вильсон Свон (Суон) работал над применением угольного волокна и получил в итоге патент на изобретение лампы. Особенностью прибора стала разреженная кислородная атмосфера, в которой нагревалось и излучало видимый свет угольное волокно. Технология позволила увеличить видимое свечение.

Нить накаливания крупным планом

Параллельно со Своном проводил эксперименты и получил в 1874 г. патент на нитевую лампу российский ученый А.Н.Лодыгин. Василий Федорович Дидрихсон российский ученый усовершенствовал конструкцию своего соотечественника. Из колбы откачали воздух, и было установлено несколько электродов. После сгорания одного, начинал светиться следующий электрод – время службы повысилось.

В 1976 г. российский физик Павел Николаевич Яблочков, изучая изоляционные материалы, применил обмазку нити белой глиной (каолином). Лампа светилась на воздухе, не требуя создания вакуума. Для пуска приходилось подогревать нити спичками. Сам изобретатель скептически относился к электрическому освещению и прекратил работу в этом направлении. Однако, некоторое время лампы Яблочкова выпускались в промышленном масштабе, но в итоге были вытеснены лампами накаливания. Такими приборами освещался Париж, Лондон, Санкт-Петербург, устанавливались светильники на паровозах и кораблях.

Томасу Эдисону (США) удалось усовершенствовать изобретения Лодыгина и Яблочкова. В 1880 году был получен патент на лампу с угольными электродами.

Изобретение, сделанное А.Н. Лодыгиным

Начал работы ученый с разработки светильника с угольными электродами. За достигнутые результаты он получил премию Академии наук, но опыты продолжил. В 1874 году Александр Николаевич Лодыгин запатентовал лампу с нитевым накальным телом. Суть изобретения заключалась в накале платиновой (вольфрамовой) нити в вакуумной колбе.

Горение – химическая окислительная реакция с участием кислорода. Вакуум подразумевает отсутствие кислорода, следовательно, скорость окисления резко снижается. Благодаря такому свойству лампы Лодыгина получили увеличенный ресурс. К 1890 году разработаны похожие на сегодняшние лампы с закрученными в спираль нитями накала, производимыми из вольфрама или молибдена, что снижало их стоимость по сравнению с платиновыми.

Вклад Томаса Эдисона

В конце 1870 годов за усовершенствование электрических светильников взялся известный на весь мир ученый из Америки Томас Эдисон.

С целью продления срока службы нити, предпринимались попытки отключать напряжение, после нагрева спирали до предельно допустимых температур. Для этого в колбу встраивался автоматический выключатель. Однако этот путь не привел к приемлемому результату – было видно мигание.

Акцент исследований сместился на эксперименты с материалом для изготовления нитей накала. Было проведено около 2000 опытов.

Эдисон со своим изобретением

В итоге в 1879 году Эдисон получил патент на лампочку платиновой спиралью и временем горения до 40 часов.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

Важно! Стоит отметить, что Лодыгину на получение патента в Америке банально не хватило денег. Поэтому изобретение приписывается Эдисону.

Основное отличие от приборов Лодыгина – создание вакуума с меньшим количеством, оставшегося в колбе воздуха. В 1880 году, лампы с бамбуковыми электродами горели у Эдисона около 600 часов. Немаловажное значение в распространении ламп Эдисона имела изобретенная им же винтовая конструкция цоколя, позволявшая быстро и безопасно менять вышедшие из строя приборы.

Патентные войны привели к образованию совместного предприятия Суонса и Эдисона, выросшего со временем в мирового лидера по продаже электрических ламп. Увеличение производства сказалось на снижении себестоимости изделия и еще большему распространению.

Таким образом, разработка технологии изготовления лампы накаливания проводилась учеными из России, Германии, США, Бельгии, Великобритании. Объединив лучшее, на практике Томас Эдисон организовал массовый выпуск приборов. Поэтому ему и приписывают авторство.

Что собой представляет?

Лампа накаливания – электроприбор, свет в котором излучает тело накала, разогреваемое проходящим через него электротоком. Исключают окисление (сгорание) нити накала, размещая его в вакууме, создаваемом в герметичной стеклянной колбе. Напряжение к нити подводится через контакты, размещенные в цоколе.

Заполняя внутреннее пространство колбы галогенным газом. К останкам кислорода добавляют йод и бром. В естественных условиях бром – жидкость, а йод – кристаллы. Это уменьшает износ нити, что позволяет ее нагреть до более высокой температуры. Все это позволяет увеличить длительность службы изделия. Материал спирали в современных источниках света – вольфрам, рений, редко осмий.

Все элементы лампы накаливания

Конструкционные особенности

Конструкции современных ламп отличаются по разным показателям:

• Форме колбы.
• Строению цоколя.
• Газу наполнителю.
• Наличию предохранителя внутри конструкции.
• Материалу тела накала.
• Особенностям, зависящим от назначения.

Производители предлагают на выбор различные по исполнению колбы лампы. Некоторые разновидности показаны на рисунке. Потребитель выбирает подходящую форму, основываясь на допустимой мощности и размера светильников. Для создания направленности потока света внутреннюю часть колбы покрывают слоем алюминия.

Варианты форм ламп накаливания

Существуют лампы с цоколем и без него.

Классическое резьбовое соединение впервые предложил Соун, творчески развил идею Эдисон – отсюда и буквенная маркировка винтового цоколя Е, по первой букве фамилии изобретателя.

Некоторые модели цоколей представлены на рисунке:

Основные виды цоколей ламп накаливания

В странах с иным уровнем напряжения в электросетях продают лампы с цоколями, исключающими вкручивание в патроны, предназначенные для других напряжений. Например, в США, где уровень напряжения 110–127 В не удастся вкрутить лампочку для Европы (220–240В).

От состава газа, которым наполняют колбу, зависит светимость и долговечность лампы. Например, галогенный газ способствует разогреванию нити до высоких температур, сохраняя при этом продолжительность службы. Благодаря эффекту появились галогенные лампы, при одинаковой светимости они меньше по размерам и потреблению электроэнергии по сравнению с вакуумными моделями.

Сегодня распространены лампы с наполнением колбы:

• Вакуумные.
• Аргоновые или азотно-аргоновые.
• Ксеноновые.
• Криптоновые.

Плавкий предохранитель защищает колбу от взрыва при сгорании спирали. При обрыве нити, раскаленные капли вольфрама попадали на стенки колбы, она прожигалась, происходил взрыв с разбросом осколков. Предохранителем служит часть подводящего проводника, находящегося в атмосферном воздухе внутри цоколя. Искра, возникающая в вакууме, быстро гасится. В лампе может появляться черный «дымок», но колба остается целой.

Масштабное появление ламп на рынке

Появление ламп на рынке связано с дешевизной, простотой использования в сравнении с газовыми, бензиновыми и нефтяными светильниками. Улучшать прибор человечество продолжает на протяжении всей истории после их появления. Разработки привели к возникновению продукции, выполняющей самые разные функции:

• Проекционные лампы повышенной светимости. Конструкция прибора исключает появление затененных областей по краям зоны для исключения некачественного отображения картинки на экране.
• Лампочки для подсветки кнопок и переключателей в радиотехнической аппаратуре.
• Фотолампы – вспышки и пилотные (постоянного свечения на пониженной мощности) предназначены для мгновенного или долговременного освещения места фотосъемки.
• Лампа фара выполняется в одном корпусе с отражателем и фокусирующим стеклом.
• Модели с двумя нитями предназначены для использования в фарах автомобиля (ближний и дальний свет), задних фонарях авто (габариты и стоп-сигнал). Устанавливаются в такие источники света в местах, где может возникнуть потребность в резервировании. В случае перегорания одной из спиралей, зажигалась резервная.
• Нагревательные лампы применяют в лазерных принтерах.
• Лампы со специальным спектром излучения для научных приборов.

Лампы накаливания прошли длительный путь эволюции. В освещении им на смену приходят светодиоды, но во многих областях техники без таких устройств не обойтись.

История электрической лампочки началась в 1802 г. в Санкт-Петербурге. Именно тогда профессор физики Василий Владимирович Петров пропустил электрический ток по двум стержням из древесного угля. Между ними дугой перекинулось пламя. Обнаружились не известные ранее свойства электричества - возможность давать людям яркий свет и тепло. Как ни странно, именно эта возможность менее всего заинтересовала ученого. Он в основном обратил внимание на температуру пламени, настолько высокую, что в ней плавятся металлы. Спустя 80 лет это свойство использовал другой русский ученый Бенардос для сварки металлов.
Открытие Петрова осталось незамеченным. Спустя десять лет электрическую дугу вновь открыл англичанин Гемфри Дэви. Но до появления электрической лампы оставалось еще 60 лет.
Для того чтобы использовать электрическую дугу для освещения, было необходимо решить три задачи.
Во-первых, концы угольков, между которыми вспыхивала дуга, быстро сгорали в ее пламени. Расстояние между ними увеличивалось, и дуга гасла. Поэтому необходимо было найти способ поддерживать пламя не несколько минут, а сотни часов, т. е. создать удобный для пользования электрический светильник. Это оказалось самым трудным.
Во-вторых, нужен был надежный и экономичный источник тока. Требовалась машина, вырабатывающая дешевый электрический ток. Существовавшие в то время гальванические батареи были громоздки, и на их изготовление требовалось много дорогого цинка.
И наконец, в-третьих, нужен был способ «дробить электрическую энергию», другими словами, использовать вырабатываемый машиной ток для нескольких светильников, установленных в разных местах.
Благодаря открытию Майклом Фарадеем эффекта возникновения электрического тока в изолированном проводе при его движении в магнитном поле, были построены первые генераторы электрического тока - динамомашины.

Основной вклад в создание электрической лампочки внесли трое людей, по иронии судьбы родившихся в один и тот же 1847 год. Это были русские инженеры Павел Николаевич Яблочков, Александр Николаевич Лодыгин и американец Томас Алва Эдисон.
А. Н. Лодыгин закончил военное училище, но затем подал в отставку и поступил в Петербургский университет. Там он начал работу над проектом летательного аппарата. В России у него не было возможности построить свое изобретение, и 23-летний Лодыгин уезжает в 1870 г. во Францию. Тогда шла франко-прусская война, и молодой изобретатель хотел приспособить свое детище для военных нужд. Французское правительство приняло его предложение, и началась постройка аппарата, напоминавшего современный вертолет. Но Франция проиграла войну, и работы были остановлены. Сам Лодыгин, работая над своим изобретением, столкнулся с проблемой его освещения ночью. Эта проблема настолько его увлекла, что после возвращения в Россию Лодыгин полностью переключился на ее решение.

Лодыгин начал опыты с электрической дугой, но очень быстро от них отказался, так как увидел, что раскаленные концы угольных стержней светят ярче, чем сама дуга. Изобретатель пришел к выводу, что дуга не нужна, и начал опыты с различными материалами, накаляя их током. Эксперименты с проволокой из различных металлов ничего не дали - проволока светились лишь несколько минут, затем перегорала. Тогда Лодыгин вернулся к углю, которым пользовались для получения электрической дуги. Но он брал не толстые угольные стержни, а тонкие. Угольный стерженек помещался между двумя медными держателями в стеклянный шар, по нему пропускался электрический ток. Уголь давал свет довольно яркий, хотя и желтоватый. Угольный стержень выдерживал примерно полчаса.

Для того чтобы стержень не сгорал, Лодыгин поставил в лампу два стержня. Сперва накалялся только один и быстро сгорал, поглощая весь кислород в лампе, после этого начинал светиться второй. Поскольку кислорода оставалось очень мало, он светил примерно два часа. Теперь нужно было выкачать воздух из лампочки и исключить его просачивание внутрь. Для этого нижний конец лампы погружался в масляную ванну, через которую от источника тока к лампе шли провода. Вскоре и от этого способа пришлось отказаться, была сделана лампочка, в которой можно было менять угольные стержни после сгорания. Но неудобства возникали из-за необходимости откачивать воздух.

Лодыгин создал «Товарищество электрического освещения Лодыгин и компания». Весной 1873 г. в отдаленном районе Петербурга Пески состоялась демонстрация ламп накаливания системы Лодыгина. В двух уличных фонарях керосиновые лампы были заменены электрическими. Многие принесли с собой газеты для сравнения расстояния, на котором их можно было читать при керосиновом и электрическом освещении. Позже лампами Лодыгина освещалась витрина бельевого магазина Флорана.
Летом 1873 г. «Товариществом Лодыгин и компания» был организован вечер, где были показаны фонарь для освещения комнаты, сигнальный фонарь для железных дорог, подводный фонарь, уличный фонарь. Каждый фонарь мог зажигаться и гаситься отдельно от остальных.
Академия наук присвоила Лодыгину Ломоносовскую премию за то, что его изобретение приводит к «полезным, важным и новым практическим применениям».

Признание важности его труда вдохновило Лодыгина. Он совершенствовал свою лампочку, а его мастерская выпускала все новые ее разновидности. Но «Товарищество» для изготовления и продажи лампочек Лодыгина было основано прежде, чем удалось сделать новую лампочку, которая бы выдержала конкуренцию со старыми способами освещения. Мастерскую закрыли, «Товарищество» распалось, о лампочках Лодыгина на некоторое время забыли. А. сам изобретатель поступил слесарем на завод.
В это же время собственную конструкцию лампы разрабатывал Яблочков. Работая на Курской железной дороге, Павел Николаевич предложил поставить на паровозе поезда Александра II электрический фонарь для освещения пути. Он представлял собой два угольных стержня, между которыми вспыхивала электрическая дуга. По мере сгорания стержней их сближал механический регулятор. Ток давала гальваническая батарея. Молодому изобретателю пришлось две ночи напролет провести на паровозе, беспрестанно подправляя регулятор.

Яблочков ушел со службы и открыл в Москве мастерскую физических приборов. Но мастерская несла убытки, и ему пришлось уехать за границу, в Париж. Там он поступил на работу в мастерскую Бреге и возобновил работу над созданием электрического светильника. Его занимала одна проблема: как построить лампу, не нуждающуюся в регуляторе. Решение оказалось простым: вместо того, чтобы располагать стержни один против другого, их надо было поставить параллельно, разделив прослойкой тугоплавкого вещества, не проводящего электрический ток. Тогда угли будут сгорать равномерно, а прокладка будет играть ту же роль, что и воск в свече. Для прослойки между электродами Яблочков выбрал каолин - белую глину, из которой делают фарфор.

Спустя месяц после появления этой блестящей идеи лампа была сконструирована, и Яблочков получил на нее патент. Это было в 1876 году. Свою электрическую свечу он поместил в стеклянный шар. Для ее зажигания использовалось простое устройство: стержни сверху соединялись тонкой угольной нитью. Когда в лампу пускали ток, нить раскалялась, быстро сгорала и между стержнями вспыхивала дуга.
Изобретение имело огромный успех. Магазины, театры, улицы Парижа были освещены «свечами Яблочкова». В Лондоне ими осветили набережную Темзы и корабельные доки. Яблочков стал одним из самых популярных в Париже людей. Газеты называли его изобретение «русским светом».

«Русский свет» не имел успеха только на родине изобретателя в России. Французские изобретатели предложили Яблочкову купить у него право на изготовление его свечи для всех стран. Прежде чем дать согласие, Яблочков предложил бесплатно свой патент русскому военному министерству. Ответа не последовало. И тогда изобретатель согласился взять миллион франков у французов. После грандиозного успеха свечи Яблочкова на Парижской выставке 1878 г., которую посетило много русских, ею заинтересовались и в России. Один из великих князей, побывав на выставке, обещал Яблочкову помощь в организации производства его ламп в России. Ради возможности работать на родине изобретатель, возвратив миллион франков, выкупил право на производство своих свечей и уехал в Петербург.
Там образовалось общество «Яблочков и компания», которое построило завод электрических аппаратов и при нем лабораторию для изобретателя. Для широкого распространения электрического освещения Яблочкову было необходимо решить все три задачи, о которых было сказано выше.
Для этого уже были все предпосылки. Изобретатели предлагали много конструкций машин, вырабатывавших электрический ток. Свой генератор создал и Яблочков. Кроме того, он нашел способ питать током много ламп, поэтому его завод предлагал не только «свечи», но и брал на себя устройство электрического освещения полностью. Яблочков осветил в Петербурге Литейный мост, площадь перед театром и некоторые заводы.

Между Яблочковым и Лодыгиным долго шел творческий спор о путях развития электрического освещения. Яблочков считал, что отказ от дуги - ошибка Лодыгина и лампочки накаливания не смогут быть прочными и экономичными. Лодыгин, в свою очередь, упорно совершенствовал лампочку накаливания.
Недостатком свечи Яблочкова был слишком сильный свет, который она давала - не менее 300 свечей. При этом она излучала столько тепла, что в небольшой комнате было невозможно дышать.
Поэтому свечами Яблочкова пользовались для освещения улиц и больших помещений: театров, заводских цехов, морских портов.
В свою очередь, лампочки накаливания не нагревали сколь-нибудь заметно помещение. Их можно было делать любой силы. Несмотря на различия во взглядах, Яблочков и Лодыгин относились друг к другу с уважением, вместе работали в научном обществе, организовывали журнал «Электричество». На заводе Яблочкова изготавливали и лампочки Лодыгина, который к тому времени внес усовершенствования в свое изобретение: вместо угольных стержней стал использовать угольные нити. Новая лампочка потребляла меньше тока и служила несколько сот часов.

Около двух лет завод Яблочкова был завален заказами, во многих русских городах появилось электрическое освещение. Затем количество заказов сократилось, и завод начал хиреть. Изобретатель разорился, был вынужден снова уехать в Париж. Там он поступил на работу в то самое общество, которое основал и которому вернул миллион франков.
На парижской выставке 1881 г. свеча Яблочкова была признана лучшим способом электрического освещения. Но их стали использовать все реже, и вскоре сам изобретатель потерял к ним интерес.
После того как закрылся завод Яблочкова, Лодыгину не удалось наладить в России широкое производство своих ламп. Он уехал сначала в Париж, затем в Америку. Он узнал, что там изобретенная им лампочка носит имя Эдисона. Но русский инженер не стал доказывать свой приоритет, а продолжал работу над усовершенствованием своего изобретения.

Говоря о вкладе Эдисоне в развитие электрической лампочки, следует отметить, что перед созданием своей лампочки в его руках побывала лампочка Лодыгина. Поскольку электрический свет должен был выдержать конкуренцию с газовым рожком, Эдисон до тонкостей изучил газовую промышленность. Он разработал план центральной электростанции и схему линий подвода тока домам и фабрикам. Затем, подсчитав стоимость материалов и электроэнергии, определил цену лампы в 40 центов. После этого Эдисон начал работу над лампой с угольной нитью накаливания, помещенной в стеклянный шар, из которого выкачан воздух. Он нашел способ выкачивать воздух из баллона лучше, чем это удавалось другим изобретателям. Но главное было найти материал для угольной нити, который бы обеспечил долгий срок службы. Для этого он перепробовал около шести тысяч растений из разных стран мира. В конце концов он остановился на одном из видов бамбука.

После этого в ход пошла реклама. Газеты сообщили, что усадьба Эдисона, Менло-парк, будет иллюминирована электрическими лампочками. Семьсот лампочек произвели на многочисленных посетителей ошеломляющее впечатление. Эдисону пришлось много поработать над дополнительными изобретениями - генераторами, кабелями. Он работал также над снижением цены лампочки и остановился лишь, когда она стала стоить 22 цента. Несмотря на все это, Эдисон получил патент не на изобретение лампочки, а лишь на усовершенствование, поскольку приоритет оставался за Лодыгиным.
Сам Лодыгин в Америке вернулся к опытам с нитью из тугоплавких металлов. Он и нашел самый подходящий материал для нити, использующийся до сих пор - вольфрам. Вольфрамовая нить дает яркий белый свет, требует гораздо меньше тока, чем угольная, и может служить тысячи часов.

Не были забыты и дуговые лампы. Их используют там, где необходим источник света во много тысяч свечей: в прожекторах, маяках, на съемочных площадках. Причем изготавливают их не по методу Яблочкова, а по отвергнутой им схеме - с регулятором, сближающим угольные стержни.
В XX веке у лампочек накаливания появился конкурент - газосветные лампы, или лампы дневного света. Они наполнены газом и дают свет, не нагреваясь. Сначала появились цветные газосветные лампы. В стеклянную трубку с обоих концов вплавлялись металлические пластины - электроды, к которым подводился ток. Трубка наполнялась газом или парами металла. Под воздействием тока газ начинал светиться. Аргон дает синий цвет, неон - красный, ртуть - фиолетовый, а пары натрия - желтый. Эти лампы нашли применение в рекламе.
Позже были созданы лампы, свет которых приближается к солнечному. Их основа - ультрафиолетовые лучи. Их преимуществом является меньшее, по сравнению с лампами накаливания, потребление тока.

Пристинский В.Л.

Добавить сайт в закладки

Когда появилась первая лампа накаливания?

В 1809 году англичанин Деларю строит первую лампу накаливания (с платиновой спиралью). В 1838 году бельгиец Жобар изобретает угольную лампу накаливания. В 1854 году немец Генрих Гёбель разработал первую «современную» лампу - обугленную бамбуковую нить в вакуумированном сосуде. В последующие 5 лет он разработал то, что многие называют первой практичной лампой. В 1860 год английский химик и физик Джозеф Уилсон Суон продемонстрировал первые результаты и получил патент, однако трудности в получении вакуума привели к тому, что лампа Суона работала недолго и неэффективно.

11 июля 1874 года российский инженер Александр Николаевич Лодыгин получил патент за номером 1619 на нитевую лампу. В качестве нити накала он использовал угольный стержень, помещённый в вакуумированный сосуд.

В 1875 году В. Ф. Дидрихсон усовершенствовал лампу Лодыгина, осуществив откачку воздуха из неё и применив в лампе несколько волосков (в случае перегорания одного из них следующий включался автоматически).

Английский изобретатель Джозеф Уилсон Суон получил в 1878 году британский патент на лампу с угольным волокном. В его лампах волокно находилось в разреженной кислородной атмосфере, что позволяло получать очень яркий свет.

Во второй половине 1870-х годов американский изобретатель Томас Эдисон проводит исследовательскую работу, в которой он пробует в качестве нити различные металлы. В 1879 году он патентует лампу с платиновой нитью. В 1880 году он возвращается к угольному волокну и создаёт лампу с временем жизни 40 часов. Одновременно Эдисон изобрёл бытовой поворотный выключатель. Несмотря на столь непродолжительное время жизни, его лампы вытесняют использовавшееся до тех пор газовое освещение.

В 1890-х годах А. Н. Лодыгин изобретает несколько типов ламп с нитями накала из тугоплавких металлов. Лодыгин предложил применять в лампах нити из вольфрама (именно такие применяются во всех современных лампах) и молибдена и закручивать нить накаливания в форме спирали. Он предпринял первые попытки откачивать из ламп воздух, что сохраняло нить от окисления и увеличивало их срок службы во много раз. Первая американская коммерческая лампа с вольфрамовой спиралью впоследствии производилась по патенту Лодыгина. Также им были изготовлены и газонаполненные лампы (с угольной нитью и заполнением азотом).

С конца 1890-х годов появились лампы с нитью накаливания из окиси магния, тория, циркония и иттрия (лампа Нернста) или нить из металлического осмия (лампа Ауэра) и тантала (лампа Больтона и Фейерлейна). В 1904 году венгры д-р Шандор Юст и Франьо Ханаман получили патент за № 34541 на использование в лампах вольфрамовой нити. В Венгрии же были произведены первые такие лампы, вышедшие на рынок через венгерскую фирму Tungsram в 1905 году.В 1906 году Лодыгин продаёт патент на вольфрамовую нить компании General Electric.

В том же 1906 году в США он построил и пустил в ход завод по электрохимическому получению вольфрама, хрома, титана. Из-за высокой стоимости вольфрама патент находит только ограниченное применение.В 1910 году Вильям Дэвид Кулидж изобретает улучшенный метод производства вольфрамовой нити. Впоследствии вольфрамовая нить вытесняет все другие виды нитей.

Остающаяся проблема с быстрым испарением нити в вакууме была решена американским учёным, известным специалистом в области вакуумной техники Ирвингом Ленгмюром, который, работая с 1909 года в фирме «General Electric», ввёл в производство наполнение колбы ламп инертными, точнее тяжёлыми благородными, газами (в частности, аргоном), что существенно увеличило время их работы и повысило светоотдачу.

КПД и долговечность

Почти вся подаваемая в лампу энергия превращается в излучение. Потери за счёт теплопроводности и конвекции малы. Для человеческого глаза, однако, доступен только малый диапазон длин волн этого излучения. Основная часть излучения лежит в невидимом инфракрасном диапазоне и воспринимается в виде тепла.

Коэффициент полезного действия ламп накаливания достигает при температуре около 3400 K своего максимального значения 15 %. При практически достижимых температурах в 2700 K (обычная лампа на 60 Вт) КПД составляет 5 %.

С возрастанием температуры КПД лампы накаливания увеличивается, но при этом существенно снижается её долговечность. При температуре нити 2700 K время жизни лампы составляет примерно 1000 часов, при 3400 K всего лишь несколько часов, при увеличении напряжения на 20 % яркость возрастает в два раза. Одновременно с этим время жизни уменьшается на 95 %.

Уменьшение напряжения питания хотя и понижает КПД, но зато увеличивает долговечность. Так, понижение напряжения в два раза (при последовательном включении) уменьшает КПД примерно в 4-5 раз, но зато увеличивает время жизни почти в тысячу раз. Этим эффектом часто пользуются, когда необходимо обеспечить надёжное дежурное освещение без особых требований к яркости, например на лестничных площадках. Часто для этого при питании переменным током лампу подключают последовательно с диодом, благодаря чему ток в лампу идет только в течение половины периода.

Так как стоимость потребленной лампой накаливания за время службы электроэнергии в десятки раз превышает стоимость самой лампы, существует оптимальное напряжение, при котором стоимость светового потока минимальна. Оптимальное напряжение несколько выше номинального, поэтому способы повышения долговечности путем понижения напряжения питания с экономической точки зрения абсолютно убыточны.

Ограниченность времени жизни лампы накаливания обусловлена в меньшей степени испарением материала нити во время работы и в большей степени возникающими в нити неоднородностями. Неравномерное испарение материала нити приводит к возникновению истончённых участков с повышенным электрическим сопротивлением, что ведёт к ещё большему нагреву и испарению материала в таких местах. Когда одно из этих сужений истончается настолько, что материал нити в этом месте плавится или полностью испаряется, ток прерывается и лампа выходит из строя.

Наибольший износ нити накала происходит при резкой подаче напряжения на лампу, поэтому значительно увеличить срок её службы можно, используя разного рода устройства плавного запуска.

Вольфрамовая нить накаливания имеет в холодном состоянии удельное сопротивление, которое всего в 2 раза выше, чем сопротивление алюминия. При перегорании лампы часто бывает, что сгорают медные проводки, соединяющие контакты цоколя с держателями спирали. Так, обычная лампа на 60 Вт в момент включения потребляет свыше 700 Вт, а 100-ваттная - более киловатта. По мере прогрева спирали её сопротивление возрастает, а мощность падает до номинальной.

Для сглаживания пиковой мощности могут использоваться терморезисторы с сильно падающим сопротивлением по мере прогрева, реактивный балласт в виде ёмкости или индуктивности, диммеры (автоматические или ручные). Напряжение на лампе растет по мере прогрева спирали и может использоваться для шунтирования балласта автоматикой. Без отключения балласта лампа может потерять от 5 до 20 % мощности, что тоже может быть выгодно для увеличения ресурса.

Низковольтные лампы накаливания при той же мощности имеют больший ресурс и светоотдачу благодаря большему сечению тела накаливания. Поэтому в многоламповых светильниках (люстрах) целесообразно применение последовательного включения ламп на меньшее напряжение вместо параллельного включения ламп на напряжение сети. Например, вместо параллельно включенных шести ламп 220В 60Вт применить шесть последовательно включенных ламп 36 В 60Вт, то есть заменить шесть тонких спиралей одной толстой.

Разновидности ламп

Лампы накаливания делятся на (расположены по порядку возрастания эффективности):

• вакуумные (самые простые);
• аргоновые (азот-аргоновые);
• криптоновые (примерно +10% яркости от аргоновых);
• ксеноновые (в 2 раза ярче аргоновых);
• галогенные (наполнитель I или Br, в 2,5 раза ярче аргоновых, большой срок службы, не любят недокала, так как не работает галогенный цикл);
• галогенные с двумя колбами (более эффективный галогенный цикл за счет лучшего нагрева внутренней колбы);
• ксенон-галогенные (наполнитель Xe + I или Br, наиболее эффективный наполнитель, до 3х раз ярче аргоновых);
• ксенон-галогенные с отражателем ИК излучения (так как большая часть излучения лампы приходится на ИК диапазон, то отражение ИК излучения внутрь лампы заметно повышает КПД, производятся для охотничьих фонарей);
• накаливания с покрытием, преобразующим ИК излучение в видимый диапазон. Ведутся разработки ламп с высокотемпературным люминофором, который при нагреве излучает видимый спектр.